LA OPTICA NO LINEAL, COMO PARTE DE LA INGENIERIA EN LA DECADA DE LOS NOVENTA
JoA. MARTIN-PEREDA
Dpto. de Electrónica Cuántica ETS. Ing. Telecomunicación. U.P.M. Ciudad Universitaria. MADRID,
RESUMEN
I.- INTRODUCCION
La aparición del láser, al principio de la década de los sesenta significó, aunque hoy sea ya un absoluto tópico repetirlo, un completo cambio en el desarrollo de la mayor parte de los campos de la Ciencia y la Técnica. Temas como
la Holografía o la Espectroscopia Raman, que ya existian bien en concepto o como método habitual de trabajo, vieron como el láser hacía de ellos algo accesible a una comunidad que antes muy raramente se acercaban a ellos. Otros, como los fenómenos no lineales, que aparecían como posibles den-tro del formalismo general de las ecuaciones de Maxwell pe-ro que no habían podido ser llevados a la práctica por fal-ta de la herramienfal-ta adecuada,se pusieron de manifiesto a los pocos años. Finalmente, muchos otros nuevos campos se
abrieron y con ellos la posibilidad de un desarrollo mas amplio en tecnologías cubiertas por otras técnicas. Uno de ellos fué el de las Comunicaciones Opticas que, de forma . intuitiva se esbozó como posible a los pocos meses de la
in-vención del láser, pero hasta la introducción de la fibra óptica en los primeros meses de 1970 no pudo llevarse a una realidad que en nuestros dias se ha comprobado cierta. Temas como el del procesado de materiales, la medida de distancias y velocidades o el reconocimiento dé formas han influido di-rectamente sobre el concepto de trabajo en una gran parte de las ingenier
II.- LA OPTICA COMO MEDIO Y NO COMO FIN.
Si la Optica se desea que llegue a revestir la misma importancia que otros campos de la Física tienen en nuestro pais ha de adquirir la certeza de que tiene que ser mas un medio que un fin. Este concepto, evidentemente, no es nuevo pero, a pesar de ello, debe señalarse una vez mas. Y para su justificación puede ponerse a modo de ejemplo el caso de la Física de Semiconductores, Unicamente cuando, una vez descubierto el transistor, se adquirió la certeza de que
los semiconductores eran útiles para algo concreto,- éstos adquirieron el desarrollo espectacular que hemos presenciado en las últimas décadas. Se podrían haber estudiado muchas propiedades de compuestos de uno y otro tipo, se podrían haber desarrollado modelos que justificáran comportamientos mas o menos anómalos? pero solo con su aplicación a la
rea-lidad concreta de su . uso . en el campo de la Electró-nica, los semiconductores adquirieron su mayoría de edad y su entrada en el sagrado recinto de los conocimientos indis-pensables para todo científico. La Optica, a pesar del láser y de todo lo de él derivado, esta aun falta de ese toque mági-co que la mági-convierta en necesaria. Al menos esa era la situa-ción hace no más de una década.
saber sólo Optica, sino que también era necesario tener cono-cimientos de Física del Estado Sólido . No bastaba detenerse en el fotón, sino que_ había, en ocasiones, que llegar al áto-mo. Fenómenos tan conocidos por todos como, los de generación de armónicos ópticos o el de pulsos ópticos ultracortos, solo han podido ser desarrollados gracias a una perfecta unión de muy diversas ramas de la Física y que, gracias a ello, en cier-ta forma, pueden haber quedado ahora como partes de una nueva Optica Generalizada que las englobaría a todas. La Optica tra-dicional, la Optica que adquirió su expresión suma en la obra magistral de Born y Wolf, no es ya sino una pequeña parte de
la que se prevee para el futuro.
III.- BIESTABILIDAD OPTICA Y COMUNICACIONES OPTICAS
Si se toma como punto básico para el posible desarrollo de una Ciencia el de su posible utilización en un campo de aplicación práctica, pocos habrá que posean un mayor atrac-tivo, con vistas al futuro, que el de la Comunicaciones Opticas. Las necesidades--'1 de intercambio de información a muy altas velocidades así como el aumento exponencial de re-quisitos ha hecho que todos los paises dediquen parte de su presupuesto de investigación a* este campo. Diferentes tipos de fibras ópticas, de emisores y de receptores han hecho su introducción en el mercado, al mismo nivel que otros compo-nentes tan convencionales como pueden ser las resistencias o los condensadores, Pero un hecho queda aun sin modificar, con respecto a la situación previa. Es el de que la filosofía que gobierna las transmisiones ópticas sigue siendo la misma que la que se tiene para el resto de las comunicaciones convencio-nales, De hecho, el nombre de Comunicaciones Opticas es so-lo parcialmente exacto, ya que la Optica soso-lo ha hacho su entrada en escena a través del medio transmisor. La
¿Cuál es la solución?. La solución debería ser que la mayor parte de los procesos que se dasarrollasen en Comunica-ciones Opticas tuvieran como única protagosnista a la luz. Que la luz, mediante interacciones con la materia fuera capaz de modularse, de regenerarse, de influir sobre otra radiación óp-tica. La solución es, en suma, el empleo-de dispositivos biestables ópticos como elementos básicos de las Comunicacio-nes Opticas. Y este empleo parece, de acuerdo con todos los pronósticos, factible.
No entra dentro de la idea del presente trabajo, la exposición detallada de cuál es el fundamento délos biesta-bles ópticos. Existen ya en la literatura una serie de muy buenas referencias que presentan de forma sistemática cuáles son sus bases y cuáles sus diferentes configuraciones. Al final se presentan algunas de estas referencias que, en modo alguno, pretende ser exhaustivas. El repetir aquí lo expues-to alli no sería sino una forma de duplicar información y con-tribuir a la proliferación inútil de resultados idénticos. So-lo parece necesario insistir en, a la vista de So-los artícuSo-los publicados, cuáles son las principales aplicaiones. De una forma sintética, éstas pueden resumirse en las siguientes:
1 2 3 4 5 6 7
a
9 10 Memorias ópticasConformadores de pulsos Amplificadores diferenciales Elementos para lógicas ópticas Convertidores analógico-digitales Triodos ópticos
Limitadores ópticos Kecortadores ópticos Moduladores ultralineales
Convertidores de radiación continua láser en pulsada (oscilaciones regenerativas).
Co-municaciones Opticas, Si las mismas se llevasen a cabo de forma efectiva, es seguro que su filosofía sufriese un cambio drásti-co. Quizás con ese fin, la mayor parte de los laboratorios de
todo el mundo, tanto de universidades como de industrias priva-das o públicas, están invirtiendo una gran parte de sus recur-sos, tanto humanos como de medios, en este campo, En el siguien-te apartado se expondrá de una manera esquemática, parsiguien-te de las realizaciones del Laboratorio de Electrónica Cuántica de la
IV.- BIESTABILIDAD OPTICA; OPTICA NO LINEAL Y CRISTALES LIQUIDOS. La actividad principal del Laboratorio de Electrónica
Cuántica de la ETSIT de la UPM se ha centrada esencialmente, en los últimos años, en intentar encontrar aplicación para los cristales líquidos dentro del campo de las Comunicaciones Opticas. Evidentemente, los cristales líquidos no son un me-dio idoneo para este fin, ya que las velocidades inherentes al propio material son los suficientemente pequeñas como para que cualquier aplicación práctica lo elimine inmediatamente, Pero en cambio, desde un punto de vista académico, los cristales líquidos ofrecen muchas mas ventajas que cualquier otro material clásico. Entre éstas pueden señalarse el que son notoriamente mas complejos que los materiales cristalinos, lor;que permite la obtención de fenómenos más amplios. Igualmente, el número de grupos trabajando con ellos es mucho mas reducido que con el resto, lo« que facilita la obtención de resultados no repor-tados previamente.
En base a lo anterior, durante un par de años el interés se centró en la obtención de moduladores y deflectores para ra-diación láser y que, al menos parcialmente, tuvieran una cierta aplicación en Comunicaciones. Los resultados fueron publicados en diversas revistas pero su velocidad baja, los limitaba con-siderablemente. Un estudio casi exhaustivo del tema se encuentra en la Tesis Doctoral presentada por el Dr. Muriel. Esta Tesis constituye uno de los trabajos mas completos que se han realiza-do hasta la fecha en este tema. La base del trabajo se centra en el empleo de estructuras en forma.de cuña, con electrodos transparentes en sus caras internas, y que mediante campos eléc-tricos aplicados al cristal líquidos nemático que se encuentra en su interior, es capaz de deflectar un haz láser una cantidad proporcional al ángulo de la cuña y a la anisotropía dieléctri- • ca; del crital líquido. Los ángulo obtenidos no fueron superiores a los 3o y la máxima velocidad de modulación alcanzó los 25 kHz.
obten-ción de biestabilidad óptica.
El resultado fué favorable casi desde el primer momento, La configuración empleada fué similar a las propuestas por los grupos de E. Garmire y de P.Smith para biestables opticos hibri dos. En nuestro caso, el material no lineal empleado fué una c'é lula torsionada de cristal líquido nemático con un realimentaci electrónica convencional. Los tiempos de respuesta obtenidos fueron los habituales para este tipo de materiales, esto es del orden de entre 0,1 y 1 mseg. Psrr el contrario, un simple láser de He-Ne, de potencia inferior a los 5 mw, fué suficiente para conseguir el fenómeno,
Pero no es solo biestabilidad óptica clásica el fenómeno que se obtuvo. Según puede verse en las referencias del tema, bajo ciertas condiciones en la situación de la célula de cris-tal líquido con respecto a la radiación incidente, se pueden obtener situaciones de oscilación regenerativa e incluso de cuasicaos, Estos resultados resultados, conjuntamente con la teoría que los justifica, serán publicados próximamente por nosotros.
un fenómeno de automodulación que puede ser aprovechado para modular a otro haz láser continuo que atraviese la misma zona.
caso
V.- CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA
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